Porozitāte alumīnija dieļiešanā: cēloņi un risinājumi

TL;DR

Porozitāte alumīnija die casting procesā attiecas uz maziem dobumiem vai tukšumiem, kas veidojas metālā, to stingrīstot. Šis izplatītais ražošanas defekts galvenokārt iedalās divās kategorijās: gāzes porozitātē, ko izraisa ieslodzītas gāzes, un saraušanās porozitātē, kas rodas, samazinoties tilpumam atdzišanas laikā. Porozitāte pasliktina detaļas strukturālo integritāti, spiediena blīvumu un virsmas kvalitāti, potenciāli izraisot komponenta bojājumu. Tomēr to var efektīvi pārvaldīt un minimizēt, precīzi kontrolējot materiāla kvalitāti, formas dizainu un liešanas procesu. Cēloņu izpratne ir pirmais solis profilaksei.

Porozitātes definēšana alumīnija die casting procesā

Augstspiediena dieļietēšanas pasaulē bezvainags, ciets komponents ir galvenais mērķis. Tomēr ražotāji bieži saskaras ar porozitāti. Vienkārši sakot, porozitāte ir nelielu, nevēlamu dobumu, caurumu vai gaisa kabatu klātbūtne pabeztā liešanas izstrādājumā. Saskaņā ar ražošanas ekspertiem šis defekts ir galvenā problēma, jo tas tieši kaitē gala produkta mehāniskajām īpašībām un veiktspējai. Šie dobumi var ievērojami samazināt detaļas izturību, ilgmūžību un izturību pret nogurumu.

Porozitāte nav viens vienīgs defekts; tā parādās dažādos veidos, kas ietekmē komponenta lietošanu. Parasti šie veidi tiek klasificēti atkarībā no to atrašanās vietas un savienojuma:

• Aklā porozitāte: Tas ir dobumi, kas atveras uz liešanas virsmu, bet nepārveidojas pilnībā cauri detaļai. Lai gan tie varētu neizraisīt strukturālu komponenta vājināšanos, tie var aizturēt šķidrumus vai tīrīšanas ķimikālijas no pēcapstrādes procedūrām, piemēram, anodēšanas, kas ilgtermiņā var izraisīt virsmas defektus un koroziju.
• Caurlaidīga porozitāte: Šis tips rada nepārtrauktu noplūdes ceļu no vienas liešanas virsmas uz otru. Komponentiem, kam jābūt spiedienspējīgiem, piemēram, šķidruma rezervuāriem vai pneimatiskajām korpusiem, caurlaidīga porozitāte ir kritiska atteice, kas padara detaļu neizmantojamu.
• Pilnībā noslēgta porozitāte: Tie ir iekšējie dobumi, kas pilnībā noslēgti liešanas sienās. Tie nav redzami no ārpuses un var nebūt problēma, kamēr tie netiek atklāti turpmākās apstrādes operācijās, kuru rezultātā tie kļūst par aklajiem vai caurdošajiem poriem.

Porozitātes sekas ir smagas, īpaši kritiskās lietojumprogrammās, piemēram, automašīnu un aviācijas komponentos. Porains izstrādājums var sabrukt zem slodzes, noplūst šķidrumus vai gāzes vai pēc apstrādes ar instrumentu būt nepietiekami gluds. Tāpēc augstas kvalitātes ražošanas procesam ir būtiski svarīgi izprast porozitātes cēloņus.

Pamatveidi: gāzes un saraušanās porozitāte

Lai gan dažādi faktori var izraisīt porozitāti, defektus gandrīz vienmēr var novest līdz vienam no diviem pamatcēloņiem: aizķertām gāzēm vai metāla saraušanās. Šo divu veidu atšķirība ir ļoti svarīga efektīvai problēmu novēršanai un novēršanai, jo to izskats un pamata cēloņi ir atšķirīgi. Katrā veidā rodas unikālas problēmas un nepieciešamas atšķirīgas risinājumu metodes.

Gāzu porozitāte

Gāzes porozitāte rodas, gāzei iestrēdzot kausētā alumīnijā injicēšanas un kristalizācijas procesā. Galvenie vaininieki ir ūdeņradis, kas labi šķīst kausētā alumīnijā, bet ne tā cietajā stāvoklī, un gaiss, kas iekļūst formas dobumā. Kā metāls atdziest, izšķīdušās gāzes tiek izspiestas no šķīduma, veidojot burbuļus. Šie burbuļi paliek uz visiem laikiem, kad metāls sacietē to apkārt. Gāzes poras parasti raksturo gluda, sfēriska vai ovāla forma un bieži atrodas lējuma virsmas tuvumā.

Saraušanās porozitāte

Saraušanās porozitāte rodas tāpēc, ka alumīnijs, tāpat kā vairums metālu, cietā stāvoklī ir blīvāks nekā šķidrā stāvoklī. Kad kausētais metāls atdziest un sacietē, tā tilpums samazinās. Ja nav pietiekami daudz šķidruma metāla, lai aizpildītu šo saraušanos radītās dobumus, veidojas caurumi. Šī defekta parādīšanās visbiežāk novērojama biezākās liešanas daļās, kas ir pēdējās, kas sacietē. Atšķirībā no gludajiem burbuļiem gāzu porozitātē, saraušanās porozitāte izskatās kā asas, leņķainas vai lineāras plaisas. Tā ir tieša nepietiekamas kausētā metāla padeves sekas beigu sacietēšanas stadijās.

Lai skaidrāk izprastu atšķirības, šeit ir salīdzinājums starp diviem galvenajiem porozitātes veidiem:

Galvenie cēloņi un proaktīvās profilakses stratēģijas

Porozitātes novēršana ir daudz efektīvāka un ekonomiskāk izdevīga nekā bojāto detaļu apstrāde pēc ražošanas. Veiksmīgai profilakses stratēģijai nepieciešams vispārējs pieeja, kas aptver formas dizainu, materiālu un pašu liešanas procesu. Kontrolējot galvenos mainīgos faktorus, ražotāji ievērojami var samazināt gan gāzu, gan saraušanās defektu rašanos.

Gāzu cēloņu risināšana

Gāzu porozitāte rodas, kad metālā tiek ievadītas gāzes vai tās tiek ieslodzītas formā. Profilakse koncentrējas uz gāzu izslēgšanu.

• Kontrolēt metāla kvalitāti: Izmantojiet tīrus, sausus izejmateriālus, lai izvairītos no mitruma ieviešanas, kas radītu ūdeņraža gāzi kausētā alumīnijā. Kausējuma attīrīšana ar slāpekli vai argonu pirms liešanas ir ļoti efektīva metode.
• Optimizējiet smērvielas pielietojumu: Lai gan nepieciešams, pārmērīgs vai nepareizi uzklāts formas smērviels var iztvaikot injicēšanas laikā, radot gāzi, kas nonāk iekļauta. Izmantojiet minimālu daudzumu augstas kvalitātes smērvielas un uzklājiet to vienmērīgi.
• Nodrošiniet pareizu ventilāciju: Formai jābūt pietiekamām ventilācijas atverēm un pārpildes kanāliem, lai gaisam dobumā būtu iespēja izplūst, kamēr tiek injicēts kausētais metāls. Bloķētas vai slikti izstrādātas ventilācijas atveres ir galvenais iekļautā gaisa cēlonis.
• Regulējiet injicēšanas procesu: Traucēts pildīšanas process var ievilkt gaisu metālā. Injicēšanas ātruma un spiediena profila optimizēšana nodrošina gludu, pakāpenisku pildīšanu, kas gaisu izstumj priekšā esošajam metāla plūsmas frontē.

Saraušanās saistītu cēloņu kontrole

Saspiešanās porozitāte ir cīņa pret fiziku, kuru pārvalda, kontrolējot atkausēšanas procesu. Galvenais ir nodrošināt, ka biezās daļas saņem pastāvīgu kausēta metāla piegādi, līdz tās pilnībā sakietē.

• Uzturēt augstu metāla spiedienu: Augstspiediena fāze liešanā ir ļoti svarīga, lai cīnītos ar saspiešanos. Kā skaidro nozares eksperti, intensifikatora sistēma pielieto milzīgu spiedienu sacietēšanas laikā, lai iegrūstu kausētu metālu veidojošajos saraušanās dobumos. Uzturēt pietiekamu statisko un pastiprināto spiedienu ir būtiski.
• Optimizēt formas temperatūru: Nevienmērīga atdzišana rada karstas vietas, kas ir slīpas uz saspiešanos. Izmantojot stratēģiski novietotas dzesēšanas un apsildes kanālas formā, ražotāji var veicināt virzītu sacietēšanu, kad atkausējums sastingst pakāpeniski uz vārsta pusi, ļaujot nepārtraukti piegādāt kausētu metālu.
• Uzlabot detaļas un formas dizainu: Detaļu projektēšana ar vienmērīgu sienu biezumu ir labākais veids, kā izvairīties no saraušanās. Tur, kur biezas sekcijas nav izbēgamas, tās jānovieto tuvu ieplūdei. Vietā, kur ir asas malas, jāizmanto plaši savelktais stūri un noapaļoti stūri, jo tie var radīt izolētus karstuma punktus.

Galarezultātā porozitātes novēršana sākas ar stabili dizaina un ražošanas procesu. Ir ļoti svarīgi sadarboties ar piegādātāju, kurš demonstrē dziļas zināšanas procesa kontroles jomā. Piemēram, piegādātāji, kuriem ir IATF16949 sertifikāts automašīnu daļām, uzsver rūpīgu kvalitātes kontroli un iekšējo formas konstruēšanu, tieši risinot defektu cēloņus, piemēram, porozitāti, jau no projekta sākuma.

Pārbaudes metodes porozitātes noteikšanai

Tā kā ne visu porozitāti var redzēt virsmā, ražotāji paļaujas uz dažādām pārbaudes metodēm, lai nodrošinātu, ka detaļas atbilst kvalitātes standartiem. Šīs tehnikas, bieži sauktas par nesagremojošo testēšanu (NDT), ļauj noteikt iekšējus trūkumus, nepievienojot komponentam kaitējumu. Pareizās metodes izvēle ir atkarīga no detaļas nozīmīguma, aizdomās turētās porozitātes veida un budžeta ierobežojumiem.

Bieži izmantotas pārbaudes metodes ietver:

• Vizuālā inspekcija: Vieglākā metode, ko izmanto, lai identificētu virsmas līmeņa porozitāti, piemēram, pūslīšus vai atvērtas caurules. Lai gan to ir viegli veikt, tā nevar noteikt iekšējus defektus.
• Rentgena pārbaude (radiogrāfija): Šī ir viena no uzticamākajām metodēm iekšējās porozitātes noteikšanai. Detaļa tiek pakļauta rentgenstariem, un iegūtais attēls atklāj blīvuma svārstības. Tukšumi radiogrammā parādās kā tumšākas vietas, ļaujot inspektoriem redzēt to izmēru, formu un atrašanās vietu.
• Datortomogrāfija (DT) skenēšana: Sarežģītāka veida rentgena metode, CT skenēšana izveido pilnu 3D modeļa daļu, nodrošinot visaptverošu skatījumu uz visām iekšējām un ārējām iezīmēm. Tā ir ļoti precīza, lai noteiktu porozitātes tilpumu un sadalījumu, taču tajā pašā laikā tā ir arī dārgākā metode.
• Spiediena pārbaude: Šo metodi specifiski izmanto, lai noteiktu caurulai līdzīgu porozitāti daļās, kas paredzētas, lai būtu spiediensblīvēkas. Lietu atver un piespiež ar gaisu vai šķidrumu. Spiediena kritums vai burbuļu parādīšanās, kad to iegremdē ūdenī, norāda uz noplūdes ceļu.

Dažos gadījumos pieņemšanas standarti, piemēram, no ASTM International, nosaka atļauto porozitātes daudzumu un izmēru konkrētam pielietojumam. Kā norāda liešanas speciālisti, šīs NDT metodes ir ļoti svarīgas, lai pārbaudītu, vai komponenti atbilst nepieciešamajiem kvalitātes un drošības standartiem, pirms tie tiek ekspluatācijā. Šī verifikācija ir būtiska ražošanas procesa daļa .

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kas izraisa porozitāti alumīnija liešanā?

Porozitāte alumīnija liešanā galvenokārt rodas divu faktoru dēļ: ūdeņraža gāzes izšķīšana un pēc tam izdalīšanās, kad materiāls sacietē (gāzes porozitāte), kā arī metāla tilpuma samazināšanās vai saraušanās, atdziestot no šķidras līdz cietai stāvoklī (saraušanās porozitāte). Citi veicinātāji ir ieķertais gaiss, kas rodas sliktas ventilācijas dēļ, pārmērīgs formas smērviels un nestabils metāla spiediens.

2. Kas ir porozitāte matricas liešanā?

Matricas liešanā porozitāte attiecas uz maziem caurumiem, dobumiem vai gaisa kabatām metāla struktūrā liešanas daļā. To uzskata par defektu, jo tā samazina sastāvdaļas blīvumu un mehānisko izturību un var radīt noplūdes ceļus detaļās, kurām jābūt spiedienizturīgām.

3. Kā pārbaudīt porozitāti alumīnija liešanā?

Porozitāti alumīnija liešanas izstrādājumos var pārbaudīt, izmantojot vairākas beziznīcinošās testēšanas (NDT) metodes. Vizuālā pārbaude var identificēt virsmas defektus, savukārt spiediena pārbaude tiek izmantota, lai atrastu noplūdes. Iekšējiem dobumiem efektīvākās metodes ir rentgena pārbaude (rentgenogrāfija) un rūpnieciskā CT skenēšana, jo tās var atklāt porozitātes izmēru, formu un atrašanās vietu daļas iekšpusē, to nesabojājot.

4. Kā izvairīties no porozitātes liešanā?

Porozitātes novēršana ietver visa liešanas procesa kontroli. Galvenās stratēģijas ietver tīra, sausa un pienācīgi atgāzēta kausēta metāla izmantošanu, formas projektēšanu ar pietiekamiem ventilācijas kanāliem un pārplūdēm, ievada ātruma un spiediena optimizēšanu, pastāvīgu formas temperatūras uzturēšanu, lai nodrošinātu vienmērīgu atdzišanu, kā arī izstrādājuma projektēšanu ar vienmērīgu sienu biezumu, lai minimizētu saraušanos.